(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、
自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、
を備える成形装置に適用され、
前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定装置であって、
前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測手段と、
前記予測手段によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正手段とを備え、
前記予測手段は、
前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式（数１）と、
【数１】
0005599536.tif 000028
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式（数２）とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
【数２】
0005599536.tif 000029
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された反応パラメータと、前記等価熱回路数式化手段により数式化された等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション手段とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする温度制御シーケンス決定装置。
【請求項２】
前記パラメータ決定手段は、
前記熱硬化性材料に対する、１組の一定昇温速度条件による示差走査熱量測定の測定結果から、前記総発熱密度Ｑを決定し、
前記熱硬化性材料に対する、２組以上の一定温度条件による示差走査熱量測定の測定結果を、各々の前記一定温度について前記硬化反応速度および前記発熱量の計算式でフィッティングすることにより、前記反応パラメータｍ、ｎおよび、それぞれの前記一定温度についての下記の計算式（数３）
【数３】
0005599536.tif 000030
によるパラメータＫ１およびＫ２の値を決定し、
前記パラメータＫ１およびＫ２のアレニウスプロットから前記反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２およびＴ２を決定することを特徴とする請求項１に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項３】
前記修正手段は、前記熱硬化性材料の温度と前記温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１または２に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項４】
前記修正手段は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度が、各時点において０．１／秒以下となるように、前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項５】
前記修正手段は、前記温度制御シーケンスの完了時点における前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項６】
前記温度制御部は、自身を加熱または冷却する加熱冷却部と、前記伝熱部および前記加熱冷却部の少なくとも一方の温度を検出する検出部をさらに備え、前記検出部によって検出される前記伝熱部または前記加熱冷却部の温度を検出温度として、前記検出温度を誘導温度に誘導するために前記加熱冷却部の出力を制御し、
修正前の前記温度制御シーケンスは、連続する温度制御ステップから構成されており、
前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記誘導温度の時間変化プログラムと、前記温度制御ステップを完了する条件とが与えられていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項７】
前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記温度制御ステップごとの目標温度と、選択的に、前記誘導温度を変化させる変温速度とが与えられており、
前記変温速度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を前記変温速度により連続的に変化させ、
前記変温速度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を階段状に変化させ、
さらに、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、該温度制御ステップの経過時間と、選択的に、トリガ温度とが与えられており、
前記トリガ温度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記検出温度が前記トリガ温度に到達してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了し、
前記トリガ温度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記温度制御ステップを開始してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了することを特徴とする請求項６に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項８】
前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、
前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項７に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項９】
前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、
前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項７に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項１０】
前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記変温速度が与えられていない場合は、前記加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、前記変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項８または９に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項１１】
前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記目標温度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項８または９に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項１２】
前記修正手段は、１つ以上の前記温度制御ステップについて、前記目標温度と異なる前記トリガ温度を与えることにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項１３】
前記修正手段は、
前記温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける前記目標温度、前記変温速度または前記経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、
複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成し、
前記オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいて前記メリット関数を更新し、更新後の前記メリット関数が極小に近づくように前記変数群の値を変化させることにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項７に記載の温度制御シーケンス決定装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定装置を備えることを特徴とする成形装置。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定装置が備えている各手段としてコンピュータを動作させるためのプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記録しているコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【請求項１７】
熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、
自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、
を備える成形装置に適用され、
前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定方法であって、
前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測工程と、
前記予測工程によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正工程とを含み、
前記予測工程は、
前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式（数４）と、
【数４】
0005599536.tif 000031
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式（数５）とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定工程と、
【数５】
0005599536.tif 000032
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化工程と、
前記パラメータ決定工程にて決定した反応パラメータと、前記等価熱回路数式化工程にて数式化した等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション工程とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする温度制御シーケンス決定方法。
【請求項１８】
前記パラメータ決定工程において、
前記熱硬化性材料に対する、１組の一定昇温速度条件による示差走査熱量測定の測定結果から、前記総発熱密度Ｑを決定し、
前記熱硬化性材料に対する、２組以上の一定温度条件による示差走査熱量測定の測定結果を、各々の前記一定温度について前記硬化反応速度および前記発熱量の計算式でフィッティングすることにより、前記反応パラメータｍ、ｎおよび、それぞれの前記一定温度についての下記の計算式（数６）
【数６】
0005599536.tif 000033
によるパラメータＫ１およびＫ２の値を決定し、
前記パラメータＫ１およびＫ２のアレニウスプロットから前記反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２およびＴ２を決定することを特徴とする請求項１７に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項１９】
前記修正工程において、前記熱硬化性材料の温度と前記温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１７または１８に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２０】
前記修正工程において、前記熱硬化性材料の硬化反応速度が、各時点において０．１／秒以下となるように、前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２１】
前記修正工程において、前記温度制御シーケンスの完了時点における前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２２】
前記温度制御部は、自身を加熱または冷却する加熱冷却部と、前記伝熱部および前記加熱冷却部の少なくとも一方の温度を検出する検出部をさらに備え、前記検出部によって検出される前記伝熱部または前記加熱冷却部の温度を検出温度として、前記検出温度を誘導温度に誘導するために前記加熱冷却部の出力を制御し、
修正前の前記温度制御シーケンスは、連続する温度制御ステップから構成されており、
前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記誘導温度の時間変化プログラムと、前記温度制御ステップを完了する条件とが与えられていることを特徴とする請求項１７に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２３】
前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記温度制御ステップごとの目標温度と、選択的に、前記誘導温度を変化させる変温速度とが与えられており、
前記変温速度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を前記変温速度により連続的に変化させ、
前記変温速度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を階段状に変化させ、
さらに、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、該温度制御ステップの経過時間と、選択的に、トリガ温度とが与えられており、
前記トリガ温度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記検出温度が前記トリガ温度に到達してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了し、
前記トリガ温度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記温度制御ステップを開始してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了することを特徴とする請求項２２に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２４】
前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、
前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２３に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２５】
前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、
前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２３に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２６】
前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記変温速度が与えられていない場合は、前記加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、前記変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２４または２５に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２７】
前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記目標温度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２４から２６のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２８】
前記修正工程において、１つ以上の前記温度制御ステップについて、前記目標温度と異なる前記トリガ温度を与えることにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２３から２７のいずれか１項に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【請求項２９】
前記修正工程において、
前記温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける前記目標温度、前記変温速度または前記経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、
複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成し、
前記オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいて前記メリット関数を更新し、更新後の前記メリット関数が極小に近づくように前記変数群の値を変化させることにより前記温度制御シーケンスを修正することを特徴とする請求項２３に記載の温度制御シーケンス決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性材料から形成される対象物を成形するための温度制御シーケンス決定装置に関するものであり、より詳細には、成形過程における熱硬化性材料の特性変化を予めシミュレートすることによって、最適な温度制御を実現することができる温度制御シーケンス決定装置、成形装置、プログラム、記録媒体および温度制御シーケンス決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱硬化性樹脂等の熱硬化性材料は、加熱により硬化反応を開始するが、硬化反応速度は、熱硬化性材料の温度上昇に応じて加速するという性質がある。また、この硬化反応は、通常、発熱反応であるため、熱硬化性材料は硬化反応の進行に伴い発熱（自己発熱）する。【０００３】
そのため、熱硬化性材料を加熱することで硬化させて成形する際、熱硬化性材料は、外部から加熱と、自己発熱に基づく加熱とを受けて温度が上昇し、これにより硬化反応がさらに加速することで、過加熱によって硬化反応が急激に進行する熱暴走が生じ得る。【０００４】
図４０は、過加熱による熱硬化性材料の熱暴走を説明するためのグラフである。図４０に示されるように、過加熱によって熱硬化性材料の硬化反応速度が急激に上昇し、これにより、熱硬化性材料の熱暴走が生じる。熱暴走が生じた場合、成形された成形体の物性ムラ、歪み、残留応力、強度低下といった問題を引き起こすことがある。【０００５】
このような問題に関連して、特許文献１には、熱硬化性材料の硬化反応速度計算式と、オートクレーブ中での熱収支方程式と、オートクレーブの雰囲気温度の測定値と、熱硬化性材料温度の測定値とを用いて、熱硬化性材料の現在時刻以降の温度変化を予測し、雰囲気温度を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許公報「特許第４１４８４００号公報（２００８年０９月１０日発行）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来技術は、オートクレーブやプレス装置の電熱ヒータといった温度制御部によって熱硬化性材料の温度制御をする際、通常、数十秒かそれ以上の遅れ時間が生じる。そのため、硬化反応が秒オーダーで進行する硬化反応速度の速い熱硬化性材料を用いる場合、熱硬化性材料温度の測定値をフィードバックして温度制御を行っても、熱暴走の抑制には間に合わず、熱暴走を十分に抑制することができないという課題がある。【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱硬化性材料の成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制可能な温度制御シーケンス決定装置、成形装置、プログラム、記録媒体および温度制御シーケンス決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置は、上記の課題を解決するために、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定装置であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測手段と、前記予測手段によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正手段とを備え、前記予測手段は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、【００１０】
【数１】
0005599536.tif 000002
【００１１】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
【００１２】
【数２】
0005599536.tif 000003
【００１３】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された反応パラメータと、前記等価熱回路数式化手段により数式化された等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション手段とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法は、上記の課題を解決するために、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定方法であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測工程と、前記予測工程によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正工程とを含み、前記予測工程は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、【００１５】
【数４】
0005599536.tif 000004
【００１６】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定工程と、
【００１７】
【数５】
0005599536.tif 000005
【００１８】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱量および伝熱量を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化工程と、
前記パラメータ決定工程にて決定した反応パラメータと、前記等価熱回路数式化工程にて数式化した等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション工程とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする。
【００１９】
上記の方法では、予測工程において、熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する計算式と、熱硬化性材料の発熱量を算出する計算式と、熱硬化性材料と伝熱部と温度制御部とにおける発熱および伝熱を等価的に表現する等価熱回路と、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスとを用いて、対象物の成形過程における熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を事前に予測する。そして、予測工程において予測された熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、修正工程において、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する。そのため、修正後の温度制御シーケンスに基づいて、温度制御部の温度制御を開始することが可能となる。【００２０】
したがって、上記の方法によれば、熱硬化性材料の成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制することが可能な温度制御シーケンス決定方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置は、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定装置であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測手段と、前記予測手段によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正手段とを備え、前記予測手段は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、【００２２】
【数７】
0005599536.tif 000006
【００２３】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
【００２４】
【数８】
0005599536.tif 000007
【００２５】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された反応パラメータと、前記等価熱回路数式化手段により数式化された等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション手段とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測するものである。
【００２６】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法は、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定方法であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測工程と、前記予測工程によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正工程とを含み、前記予測工程は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、【００２７】
【数９】
0005599536.tif 000008
【００２８】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定工程と、
【００２９】
【数１０】
0005599536.tif 000009
【００３０】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱量および伝熱量を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化工程と、
前記パラメータ決定工程にて決定した反応パラメータと、前記等価熱回路数式化工程にて数式化した等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション工程とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する方法である。
【００３１】
それゆえ、本発明の一態様によれば、熱硬化性材料の成形における熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制することが可能な温度制御シーケンス決定装置、成形装置、プログラム、記録媒体および温度制御シーケンス決定方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実施形態１に係る成形装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、昇温速度５Ｋ／分で熱硬化性材料をＤＳＣ測定した結果得られる熱硬化性材料からの熱流の、温度に対する依存性の一例を示すグラフである。
【図３】図３の（ａ）は、昇温速度５Ｋ／分でサンプルをＤＳＣ測定した結果得られる反応速度の時間変化の一例を示すグラフであり、図３の（ｂ）は、昇温速度１０Ｋ／分でサンプルをＤＳＣ測定した結果得られる反応速度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図４】図４の（ａ）は、伝熱部における一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図４の（ｂ）は、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図５】図５の（ａ）は、熱硬化性材料における発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図６】図６の（ａ）は、伝熱部と熱硬化性材料と温度制御部とにおける発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図７】図７は、初期温度制御シーケンスを定義する表である。
【図８】図８は、図７に示される初期温度制御シーケンスに対応する、温度制御部の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図９】図９は、予測手段による熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。
【図１１】図１１は、図１０に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する、温度制御部の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図１２】図１２は、図１０に示される修正後の温度制御シーケンスを実行した場合の熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】図１３の（ａ）は、伝熱部における二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図１４】図１４の（ａ）は、熱硬化性材料における発熱および二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図１５】図１５の（ａ）は、空気への放熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図１６】図１６は、伝熱部と熱硬化性材料とにおける発熱および二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路をブロック化した模式図である。
【図１７】図１７は、実施形態２に係る成形装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、伝熱部と熱硬化性材料と温度制御部とにおける発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路である。
【図１９】図１９は、初期温度制御シーケンスを定義する表である。
【図２０】図２０の（ａ）は、図１９に示される初期温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２０の（ｂ）は、温度検出部によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図２１】図２１は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。
【図２２】図２２の（ａ）は、図２１に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２２の（ｂ）は、温度検出部によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図２３】図２３は、修正後の温度制御シーケンスを定義する他の表である。
【図２４】図２４の（ａ）は、図２３に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２４の（ｂ）は、温度検出部によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図２５】図２５は、昇温速度１０Ｋ／分で熱硬化性材料をＤＳＣ測定した結果得られる熱硬化性材料からの熱流の、温度に対する依存性の一例を示すグラフである。
【図２６】図２６の（ａ）〜図２６の（ｅ）は、一定温度でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化の一例を示すグラフであり、図２６の（ａ）は一定温度６０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｂ）は一定温度７０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｃ）は一定温度８０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｄ）は一定温度９０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｅ）は一定温度１００℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示している。
【図２７】図２７は、アレニウスプロットの一例を示すグラフである。
【図２８】図２８の（ａ）〜図２８の（ｃ）は、一定昇温速度における硬化反応速度および硬化反応率の変化の一例を示すグラフであり、図２８の（ａ）は昇温速度１０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示し、図２８の（ｂ）は昇温速度２０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示し、図２８の（ｃ）は昇温速度４０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示している。
【図２９】図２９は、初期温度制御シーケンスを定義する表である。
【図３０】図３０は、図２９に示される初期温度制御シーケンスに対応する、温度制御部の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図３１】図３１は、予測手段による熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【図３２】図３２は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。
【図３３】図３３は、図３２に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する、温度制御部の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【図３４】図３４は、図３２に示される修正後の温度制御シーケンスを実行した場合の熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【図３５】図３５は、温度制御シーケンスを定義する表の一例である。
【図３６】図３６は、図３５に示される温度制御シーケンスに基づいて構成された変数群の一例を示す表である。
【図３７】図３７は、オペランド候補の一例を示す表である。
【図３８】図３８は、メリット関数を定義する表の一例である。
【図３９】図３９は、図３８に示されるパラメータを説明するための等価熱回路の一例を示す回路図である。
【図４０】図４０は、過加熱による熱硬化性材料の熱暴走を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１〜図１６に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３４】
〔１〕成形装置１の構成
まず、本実施形態に係る成形装置１の構成について、図１を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態に係る成形装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る成形装置１は、熱硬化性材料Ｈから形成される成形対象（対象物）を加熱し、熱硬化性材料Ｈを硬化させることによって、成形対象を成形するものである。
【００３６】
図１に示されるように、成形装置１は、温度制御シーケンス決定部（温度制御シーケンス決定装置）３と、温度制御部４と、伝熱部５と、入力部６とを備えている。
【００３７】
（温度制御シーケンス決定部３）
温度制御シーケンス決定部３は、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移を予測し、予測結果に基づいて初期温度制御シーケンスを修正するものである。温度制御シーケンス決定部３は、予測手段３１と、修正手段３２とを備えている。
【００３８】
（予測手段３１）
予測手段３１は、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移を、成形プロセスを実行する前に予測するものである。
【００３９】
具体的には、予測手段３１は、初期値として与えられた、温度制御部４の動作を指定するための温度制御シーケンス（以下、初期温度制御シーケンスと称する）を実行した場合の、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移をシミュレートする。
【００４０】
予測手段３１は、予測した熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移の熱応答シミュレーション結果（図９を参照）および初期温度制御シーケンスなどを修正手段３２に出力する。なお、予測手段３１における処理の詳細については、後述する。
【００４１】
（修正手段３２）
修正手段３２は、予測手段３１によって予測された熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移の熱応答シミュレーション結果に基づいて、初期温度制御シーケンスを修正するものである。具体的には、修正手段３２は、予測手段３１から熱応答シミュレーション結果が出力されたとき、該熱応答シミュレーション結果に基づいて、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走が抑制されるように、初期温度制御シーケンスを修正する。
【００４２】
修正手段３２は、修正した初期温度制御シーケンス（以下、修正後の温度制御シーケンスと称する）を温度制御部４に出力する。なお、修正手段３２における処理の詳細については、後述する。
【００４３】
（温度制御部４）
温度制御部４は、熱硬化性材料Ｈの温度を制御するためのものである。具体的には、温度制御部４は、入力された温度制御シーケンスに基づいて温度制御部４自身の温度を制御する。そして、伝熱部５を通して熱硬化性材料Ｈを加熱・冷却することで、熱硬化性材料Ｈの温度を制御する。すなわち、この温度制御部４は、修正後の温度制御シーケンスによって自身の温度が制御され、伝熱部５を通して熱硬化性材料Ｈを加熱・冷却することで、熱硬化性材料Ｈの温度を制御する。温度制御部４は、温度制御手段４１と、加熱冷却部４２とを備えている。
【００４４】
温度制御手段４１は、加熱冷却部４２の加熱・冷却出力を制御するものである。具体的には、温度制御手段４１は、入力された温度制御シーケンスに基づいて加熱冷却部４２の温度が推移するように、加熱冷却部４２の加熱・冷却出力を制御する。
【００４５】
加熱冷却部４２は、加熱または冷却の動作をするものである。具体的には、加熱冷却部４２は、温度制御手段４１からの出力信号に基づいて、加熱冷却部４２自身を加熱または冷却する。この加熱冷却部４２はニクロム線等のヒーター、水冷パイプ等の冷却手段、熱伝導率の高い金属板等からなり、伝熱部５と当接して伝熱部５を加熱または冷却する。本実施形態では、金属板はアルミニウムからなり、その厚さは３０ｍｍ程度である。
【００４６】
（伝熱部５）
伝熱部５は、熱硬化性材料Ｈとの間で熱交換を行うものである。伝熱部５は、例えば、熱伝導率の高い金属からなる金型などである。伝熱部５は、加熱冷却部４２によってその温度が調整され、熱硬化性材料Ｈとの間で熱交換を行う。
【００４７】
本実施形態では、伝熱部５はＳＵＳからなり、厚さ２０ｍｍ、熱伝導率２０Ｗ／Ｋ／ｍ程度である。なお、伝熱部５の厚さを薄くした場合、熱硬化性材料Ｈへの伝熱の遅れ時間が短くすることができ、他方、伝熱部５の厚さを厚くした場合、熱硬化性材料Ｈの面内での温度均一性を向上することができる。
【００４８】
（熱硬化性材料Ｈ）
本実施形態で成形する熱硬化性材料Ｈは、例えば、熱伝導率０．２Ｗ／Ｋ・ｍ、比熱１．５Ｊ／Ｋ・ｇ、比重１．２ｇ／ｃｍ３、厚さ０．８ｍｍ程度である。成形装置１では、熱硬化性材料Ｈに対して伝熱部５と加熱冷却部４２とを上下対称に配置しているため、等価熱回路では、熱硬化性材料Ｈの厚みを０．４ｍｍとし、伝熱部５とは他方の接点を対称境界条件（熱流＝０）とする。
【００４９】
〔２〕予測手段３１における処理
次に、予測手段３１における処理の詳細について、図２〜図９を参照して説明する。
【００５０】
予測手段３１は、上述のとおり、初期温度制御シーケンスを実行した場合の、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移をシミュレートする。具体的には、予測手段３１は、下記の（１）〜（３）により、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移をシミュレートする。
【００５１】
（１）ＤＳＣ測定
ＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry：示差走査熱量）測定は、サンプルの温度を一定または連続的に変化させ、各時点での発熱量を測定するものである。一定昇温速度によるＤＳＣ測定によれば、熱硬化性材料Ｈの総発熱密度を求めることができる。
【００５２】
図２は、昇温速度５Ｋ／分で熱硬化性材料ＨをＤＳＣ測定した結果得られる熱硬化性材料からの熱流の、温度に対する依存性の一例を示すグラフである。例えば、熱硬化性材料Ｈの発熱量＝０と見なせる２点（図中では、５０℃と２８０℃）を結んでベースラインとし、熱硬化性材料Ｈの熱容量や放熱による熱消費を差し引くことにより、熱硬化性材料Ｈの総発熱密度を１６０Ｊ／ｇと決定することができる。
【００５３】
また、予測手段３１は、熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度を下記の計算式を用いて算出する（Ｋａｍａｌのモデル式）。
【００５４】
【数１１】
0005599536.tif 000010
【００５５】
ｄχ／ｄｔ：熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度
χ：熱硬化性材料Ｈの硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：熱硬化性材料Ｈの絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：熱硬化性材料Ｈに固有の反応パラメータ
さらに、予測手段３１は、熱硬化性材料Ｈの発熱量を下記の計算式を用いて算出する。
【００５６】
【数１２】
0005599536.tif 000011
【００５７】
ｑ：熱硬化性材料Ｈの発熱量
Ｑ：熱硬化性材料Ｈに固有の総発熱密度
Ｍ：熱硬化性材料Ｈの質量
これらの反応パラメータを求めるためには、異なる昇温速度によるＤＳＣ測定結果を比較すればよい。
【００５８】
図３の（ａ）は、昇温速度５Ｋ／分でサンプルをＤＳＣ測定した結果得られる反応速度の時間変化を示すグラフであり、図３の（ｂ）は、昇温速度１０Ｋ／分でサンプルをＤＳＣ測定した結果得られる反応速度の時間変化を示すグラフである。
【００５９】
これらの測定結果のうち、発熱ピーク位置および高さ、発熱ピークの立ち上がりの勾配、発熱ピークのテイルの勾配、および発熱ピークの幅に着目し、実測値と計算値との差異が小さくなるように反応パラメータを調整する。
【００６０】
これにより、熱硬化性材料Ｈに固有の反応パラメータ（Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ）を求めることができる。具体的には、Ａ１＝２．８×１０５／ｓ、Ｔ１＝８０００Ｋ、Ａ２＝１．２×１０１４／ｓ、Ｔ２＝１２６００Ｋ、ｍ＝１．６、ｎ＝３．２である。
【００６１】
なお、上述のとおり、熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度は、下記の計算式で表すことができるが、
【００６２】
【数１３】
0005599536.tif 000012
【００６３】
反応パラメータを決定する際、一定昇温速度によるＤＳＣ測定結果をフィッティングする方法では、硬化反応率χに加え絶対温度Ｔも変化するため、反応パラメータを一意に決めることが困難である。なお、一定温度による等温ＤＳＣ測定結果を用いる方法については後述する。
【００６４】
（２）等価熱回路
また、予測手段３１は、熱硬化性材料Ｈと伝熱部５と温度制御部４とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を構成する。
【００６５】
なお、実際の成形装置１の温度制御部４では、温度制御手段４１は、通常、加熱冷却部４２の温度を所望の温度に誘導するためにフィードバック制御により発熱量を制御する（すなわち、熱流源として作用する）が、ここでは、簡略化のため、加熱冷却部４２の温度を直接規定することができる温度源として温度制御部４を表現している。
【００６６】
等価熱回路とは、温度源、熱流源、熱抵抗、熱容量の組み合わせにより、想定する系を等価的または近似的に表現した熱回路である。伝熱・発熱現象は、電気回路の導電現象とのアナロジーで扱うことができ、温度と電位、熱流と電流、熱抵抗／コンダクタンスと電気抵抗／コンダクタンス、熱容量と電気容量、熱回路と電気回路が、それぞれ対応関係となる。
【００６７】
図４の（ａ）は、伝熱部５における一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【００６８】
図４の（ａ）および図４の（ｂ）に示されるように、伝熱部５における一次元方向の伝熱は、熱抵抗Ｒおよび熱容量Ｃの組み合わせにより表すことができる。このとき、熱抵抗Ｒおよび熱容量Ｃは、それぞれ下記のように表される。
【００６９】
【数１４】
0005599536.tif 000013
【００７０】
図５の（ａ）は、熱硬化性材料Ｈにおける発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【００７１】
図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示されるように、熱硬化性材料Ｈにおける発熱および一次元方向の伝熱は、熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃおよび発熱量ｑの組み合わせにより表すことができる。このとき、熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃ、硬化反応速度ｄχ／ｄｔ、および発熱量ｑは、それぞれ下記のように表される。
【００７２】
【数１５】
0005599536.tif 000014
【００７３】
図６の（ａ）は、伝熱部５と熱硬化性材料Ｈと温度制御部４とにおける発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【００７４】
図６の（ａ）および図６の（ｂ）に示されるように、伝熱部５と熱硬化性材料Ｈと温度制御部４とにおける発熱および伝熱を表現する等価熱回路は、図４の（ａ）に示される伝熱部５の等価熱回路と、図５の（ａ）に示される熱硬化性材料Ｈの等価熱回路とが接続された構成であり、熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃ、発熱量ｑ、および温度源ＴＣ（温度制御部４に相当）の組み合わせにより表すことができる。
【００７５】
このとき、伝熱部５の熱抵抗ＲＭ、および熱容量ＣＭは、それぞれ下記のように表される。
【００７６】
【数１６】
0005599536.tif 000015
【００７７】
また、熱硬化性材料Ｈの熱抵抗ＲＳ、熱容量ＣＳ、および硬化反応速度ｄχ／ｄｔ、および発熱量ｑは、それぞれ下記のように表される。
【００７８】
【数１７】
0005599536.tif 000016
【００７９】
（３）初期温度制御シーケンス
図７は、初期温度制御シーケンスを定義する表である。図７に示されるように、初期温度制御シーケンスには、温度を制御する各種プログラムが与えられている。初期温度制御シーケンスは、温度制御ステップ１〜３からなり、各温度制御ステップは、目標温度、変温速度および、経過時間により規定されている。
【００８０】
図８は、図７に示される初期温度制御シーケンスに対応する、温度制御部４の温度変化プロファイルを示す模式図である。図７に示される初期温度制御シーケンスに基づいた場合、温度制御部４の温度は、図８に示される温度変化プロファイルのように推移する。
【００８１】
なお、初期温度制御シーケンスの温度制御ステップ２において、１５０℃での保持時間を３００秒と長めにとっているのは、応力緩和により成形対象の成形精度を安定化させるためである。この初期温度制御シーケンスは、ユーザよって入力部６を介して入力されたものであっても良く、成形装置１に予め記憶させたものであってもよい。
【００８２】
（４）熱応答シミュレーション
そして、予測手段３１は、上記のような反応パラメータ、等価熱回路および初期温度制御シーケンスを用いて、熱応答シミュレーションにより、熱硬化性材料Ｈの硬化反応率χ、硬化反応速度ｄχ／ｄｔ、および絶対温度Ｔの時間推移を算出する。
【００８３】
図９は、予測手段３１による熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。図９に示されるように、初期温度制御シーケンスを実行した場合、１３０秒前後に熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度が急激に上昇し、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じる可能性があることを、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果から得ることができる。
【００８４】
なお、この熱応答シミュレーション結果による熱硬化性材料Ｈの過昇温の最大値は１１．７Ｋ、硬化反応速度の最大値は０．６０９／ｓ、最終の硬化反応率は０．９８３である。
【００８５】
〔３〕修正手段３２における処理
次に、修正手段３２における処理の詳細について、図１０〜図１２を参照して説明する。
【００８６】
修正手段３２は、上述のとおり、予測手段３１によって予測された熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移の熱応答シミュレーション結果に基づいて、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走が抑制されるように、初期温度制御シーケンスを修正する。
【００８７】
ここで、過加熱よる熱硬化性材料Ｈの熱暴走を抑制するためには、加熱中の昇温速度を低くすればよい。このとき、成形プロセス時間が長くなりすぎるのを避けるため、一部区間のみに低昇温速度を適用することが好ましい。硬化反応速度式の「χｍ」および「（１−χ）ｎ」のファクターにより、特に硬化反応の前半（硬化反応率０．０５〜０．２）で加速的に硬化反応が進むため、硬化反応の前半において低昇温速度とするのが有効である。
【００８８】
図１０は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。図１０に示されるように、修正手段３２は、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果において熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じた温度帯における昇温速度が低くなるように、熱暴走が生じた温度制御ステップを細分化し、変速温度を規定することで初期温度シーケンスを修正する。
【００８９】
図１１は、図１０に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する、温度制御部４の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図１２は、図１０に示される修正後の温度制御シーケンスを実行した場合の熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【００９０】
図１０に示される修正後の温度制御シーケンスに基づいた場合、温度制御部４の温度は、図１１に示される温度変化プロファイルのように推移し、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果において熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じた温度帯における昇温速度が低くなっている。本実施形態では、硬化反応率が０．０５となる温度１２５．７℃および硬化反応率が０．１となる温度１２８．８℃を含む温度帯１１０℃〜１３０℃での変温速度を１．０Ｋ／ｓから０．２Ｋ／ｓに低減した。
【００９１】
そのため、図１２に示されるように、修正後の温度制御シーケンスを実行することによって、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走を抑制することができる。なお、修正後の温度制御シーケンスによる熱硬化性材料Ｈの過昇温の最大値は０．０Ｋ、硬化反応速度の最大値は０．１００／ｓ、最終の硬化反応率は０．９８４である。
【００９２】
したがって、本実施形態に係る成形装置１によれば、温度制御部４は、最適化された修正後の温度制御シーケンスに基づいて、温度制御部４自身の温度制御を開始することが可能となる。
【００９３】
それゆえ、本実施形態によれば、熱硬化性材料Ｈの成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制する成形装置１を実現することができる。
【００９４】
なお、修正手段３２は、熱硬化性材料Ｈの温度と温度制御部４（加熱冷却部４２）の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。これにより、熱硬化性材料Ｈの急激な硬化反応速度の上昇を抑え、熱暴走を抑制することができる。
【００９５】
また、修正手段３２は、熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度が、各時点において０．１／秒以下となるように、初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。これにより、熱硬化性材料Ｈの熱暴走を効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、修正手段３２は、初期温度制御シーケンスの完了時点における熱硬化性材料Ｈの硬化反応率が、０．８以上となるように初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。これにより、成形プロセス完了時の熱硬化性材料Ｈの硬化反応率を高めることができる。
【００９７】
〔４〕等価熱回路の変形例
次に、等価熱回路の変形例について、図１３〜図１６を参照して説明する。
【００９８】
上述の説明では、予測手段３１は、一次元の等価熱回路を用いて、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移をシミュレートする場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。一次元の等価熱回路に代えて、二次元の等価熱回路を用い熱応答シミュレーションを行ってもよい。
【００９９】
図１３の（ａ）は、伝熱部５における二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【０１００】
図１３の（ａ）および図１３の（ｂ）に示されるように、伝熱部５における二次元方向の伝熱は、熱抵抗ＲＸ、熱抵抗ＲＺ、および熱容量Ｃの組み合わせにより表すことができる。このとき、熱抵抗ＲＸ、熱抵抗ＲＺ、および熱容量Ｃは、それぞれ下記のように表される。
【０１０１】
【数１８】
0005599536.tif 000017
【０１０２】
図１４の（ａ）は、熱硬化性材料Ｈにおける発熱および二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【０１０３】
図１４の（ａ）および図１４の（ｂ）に示されるように、熱硬化性材料Ｈにおける発熱および二次元方向の伝熱は、熱抵抗ＲＸ、熱抵抗ＲＺ、熱容量Ｃ、および発熱量ｑの組み合わせにより表すことができる。このとき、熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃ、硬化反応速度ｄχ／ｄｔ、および発熱量ｑは、それぞれ下記のように表される。
【０１０４】
【数１９】
0005599536.tif 000018
【０１０５】
図１５の（ａ）は、空気への放熱を表現する等価熱回路を示す回路図であり、図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）に示される等価熱回路をブロック化した模式図である。
【０１０６】
図１５の（ａ）および図１５の（ｂ）に示されるように、空気への放熱は、発熱量ｑにより表すことができる。このとき、発熱量ｑは、それぞれ下記のように表される。
【０１０７】
【数２０】
0005599536.tif 000019
【０１０８】
ｈＣは対流熱伝達率、ｈＳは放射熱伝達率、Ｓは熱伝達面（空気との接触表面）の面積、Ｔａは空気温度であり、ｈＣとｈＳは図１５に示す式により計算される。
【０１０９】
図１６は、伝熱部５と熱硬化性材料Ｈと温度制御部４とにおける発熱および二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路をブロック化した模式図である。図１６に示されるように、伝熱部５と熱硬化性材料Ｈと温度制御部４とにおける発熱および二次元方向の伝熱を表現する等価熱回路は、伝熱部５の等価熱回路のブロックと、熱硬化性材料Ｈの等価熱回路のブロックと、空気への放熱を表現する等価熱回路のブロックと、温度源ＴＣ（温度制御部４に相当）との組み合わせにより表すことができる。
【０１１０】
このような二次元の等価熱回路を用いることにより、より複雑な系について解析することができる。例えば、回転対称の構造に対し、円筒座標を用いて熱回路を構成することができる。
【０１１１】
なお、三次元の等価熱回路を用いることにより、より現実に近い解析を行うことができるが、等価熱回路の構成が複雑になるため、ここでは図示しない。
【０１１２】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施の一形態について、図１７〜図２４に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１３】
〔１〕成形装置１ａの構成
まず、本実施形態に係る成形装置１ａの構成について、図１７を参照して説明する。図１７は、本実施形態に係る成形装置１ａの概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る成形装置１ａは、温度制御部４が温度検出部（検出部）４３を備え、この温度検出部４３によって検出された伝熱部５の温度に基づいて、加熱冷却部４２のフィードバック制御を行う点において、実施形態１に係る成形装置１と主に異なっている。
【０１１４】
（温度検出４３）
温度検出部４３は、伝熱部５および加熱冷却部４２の少なくとも一方の温度を検出するものである。本実施形態では、温度検出部４３は、伝熱部５の温度を検出し、検出した伝熱部５の温度を温度制御手段４１に出力する。
【０１１５】
（温度制御手段４１）
温度制御手段４１は、加熱冷却部４２の加熱・冷却出力を制御するものである。本実施形態では、入力された温度制御シーケンスと、温度検出部４３によって検出される伝熱部５の温度（検出温度）とに基づいて、検出温度を誘導温度に近づけるべく、加熱冷却部４２へのフィードバック制御を行う。すなわち、加熱冷却部４２をアクチュエータ、加熱冷却部４２の加熱・冷却出力を制御入力、検出温度を制御対象として、ＰＩＤ等のフィードバック制御方法を用いる。
【０１１６】
なお、実現される加熱冷却部４２の昇温・降温速度の上限は、加熱冷却部４２の加熱・冷却出力の最大能力により決まる。
【０１１７】
〔２〕予測手段３１における処理
次に、予測手段３１における処理の詳細について、図１８を参照して説明する。
【０１１８】
予測手段３１は、上述のとおり、ＤＳＣ測定、等価熱回路および初期温度制御シーケンスにより、成形プロセスにおける熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移をシミュレートする。
【０１１９】
図１８は、伝熱部５と熱硬化性材料Ｈと温度制御部４とにおける発熱および一次元方向の伝熱を表現する等価熱回路である。本実施形態では、温度制御手段４１は、伝熱部５の温度を所望の温度に誘導するためにフィードバック制御により発熱量を制御する。そのため、図１８に示されるように、等価熱回路では、温度制御部４は熱流源として表現されることになる。
【０１２０】
〔３〕修正手段３２における処理
次に、修正手段３２の処理の詳細について、図１９〜図２４を参照して説明する。
【０１２１】
図１９は、初期温度制御シーケンスを定義する表である。図１９に示されるように、初期温度制御シーケンスには、温度を制御する各種プログラムが与えられている。初期温度制御シーケンスは、温度制御ステップ１〜３からなり、各温度制御ステップは、目標温度、トリガ温度および経過時間により規定されている。
【０１２２】
各温度制御ステップは、検出温度がトリガ温度に到達後、経過時間ののちに完了する。また、トリガ温度が与えられていない温度制御ステップは、ステップ開始から経過時間ののちに完了する。
【０１２３】
図２０の（ａ）は、図１９に示される初期温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２０の（ｂ）は、温度検出部４３によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。図２０の（ａ）に示されるように、誘導温度のグラフにおいて目標温度への変化が階段状になっている。これに対し、図２０の（ｂ）に示されるように検出温度は、遅れ時間を要して、昇温・降温速度は上述の上限を有して誘導温度に近づき、誘導温度付近では収束のために昇温・降温速度がさらに低下する。
【０１２４】
ここで、修正手段３２は、過加熱よる熱硬化性材料Ｈの熱暴走を抑制するために、加熱中の昇温速度を低くするように初期温度制御シーケンスを修正する。
【０１２５】
図２１は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。図２１に示されるように、修正手段３２は、加熱中の昇温速度が低くなるように、温度制御ステップを細分化し、変速温度を規定することで初期温度シーケンスを修正する。
【０１２６】
図２２の（ａ）は、図２１に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２２の（ｂ）は、温度検出部４３によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【０１２７】
図２１に示される修正後の温度制御シーケンスに基づいて温度制御部４を制御した場合、図２２の（ａ）に示されるように、ステップ番号３における誘導温度は０．２Ｋ／ｓとなる。そのため、図２２の（ｂ）に示されるように、検出温度の加熱中の昇温速度が低くなるため、図２２の（ｂ）に示されるように、修正後の温度制御シーケンスを実行することによって、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走を抑制することができる。
【０１２８】
ただし、図２２の（ａ）および図２２の（ｂ）に示されるように、図２１に示される修正後の温度制御シーケンスに基づいた伝熱部５の温度制御では、温度制御ステップ移行のたびに収束時間を要するため、成形プロセス時間が延びてしまう。また、収束時間は、周囲の環境（気温、冷却水温など）により変化するため、成形ショットごとに成形プロセス条件が異なってしまい、成形精度のバラツキ要因となる。
【０１２９】
そこで、修正手段３２は、目標温度とは異なるトリガ温度を設定することにより、温度制御ステップ移行時の収束時間を回避し、成形プロセス時間を短縮するように初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０１３０】
図２３は、修正後の温度制御シーケンスを定義する他の表である。図２３に示されるように、修正手段３２は、加熱中の昇温速度が低くなるように、温度制御ステップを細分化し、変速温度を規定すると共に、目標温度とは異なるトリガ温度を設定することで初期温度シーケンスを修正する。
【０１３１】
図２４の（ａ）は、図２３に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する誘導温度の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図２４の（ｂ）は、温度検出部４３によって検出される検出温度の温度変化プロファイルを示す模式図である。
【０１３２】
図２３に示される修正後の温度制御シーケンスに基づいて温度制御部４を制御した場合、図２４の（ａ）および図２４の（ｂ）に示されるように、目標温度とは異なるトリガ温度を設定することにより、収束のために昇温・降温速度が低下する前に次の温度制御ステップに移行し、成形プロセス時間を短縮することができる。また、温度制御ステップ移行時の昇温・降温速度が低下していないことから、周囲の環境（気温、冷却水温など）による温度制御ステップ移行のタイミングバラツキを低減でき、成形ショットごとに成形プロセス条件を均一化し、成形精度のバラツキを低減することができる。
【０１３３】
なお、修正手段３２は、熱硬化性材料Ｈの硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での熱硬化性材料Ｈの温度をゲル化温度としたとき、温度制御ステップのうち、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０１３４】
また、修正手段３２は、熱硬化性材料Ｈの硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での熱硬化性材料Ｈの温度をゲル化温度としたとき、温度制御ステップのうち、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０１３５】
また、修正手段３２は、温度制御ステップのうち、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、変温速度が与えられていない場合は、温度制御手段の加熱能力による限界値より低い値を与え、変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより初期温度制御シーケンスを修正することが好ましい。これにより、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料Ｈの昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料Ｈの熱暴走を容易に抑制することができる。
【０１３６】
また、修正手段３２は、温度制御ステップのうち、温度制御部４の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、目標温度を低減することにより温度制御シーケンスを修正することが好ましい。これにより、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料Ｈの昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料Ｈの熱暴走を容易に抑制することができる。
【０１３７】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施の一形態について、図２５〜図３４に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３８】
本実施形態では、等温ＤＳＣ測定によって反応パラメータを決定する点において、実施形態１と主に異なっている。
【０１３９】
〔１〕一定昇温速度のＤＳＣ測定による総発熱密度の決定
図２５は、昇温速度１０Ｋ／分で熱硬化性材料ＨをＤＳＣ測定した結果得られる熱硬化性材料Ｈからの熱流の、温度に対する依存性の一例を示すグラフである。例えば、熱硬化性材料Ｈの発熱量＝０と見なせる２点（図中では、５０℃と２６５℃）を結んでベースラインとし、熱硬化性材料Ｈの熱容量や放熱による熱消費を差し引くことにより、熱硬化性材料Ｈの総発熱密度を４１０Ｊ／ｇと決定することができる。
【０１４０】
（等温ＤＳＣ測定）
予測手段３１は、熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度が下記の計算式
【０１４１】
【数２１】
0005599536.tif 000020
【０１４２】
【数２２】
0005599536.tif 000021
【０１４３】
ｄχ／ｄｔ：熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度
χ：熱硬化性材料Ｈの硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：熱硬化性材料Ｈの絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：熱硬化性材料Ｈに固有の反応パラメータ
Ｋ１、Ｋ２：熱硬化性材料Ｈと温度で決まる反応パラメータ
で表されると仮定したときの反応パラメータを求めるため、等温ＤＳＣ測定の結果を用いる。
【０１４４】
なお、等温ＤＳＣ測定においても、測定結果に一致するように反応パラメータを一意に決定するのは困難であるが、下記の事項に留意し、反応パラメータを決定する。
【０１４５】
すなわち、発熱量（硬化反応速度）が小さいときは、測定誤差やベースライン誤差が相対的に大きくなるため、フィッティングにおける重みを減らす。
【０１４６】
また、時間経過（硬化反応率増加）による硬化反応加速と整合するよう、反応パラメータｍ（例えば、ｍ＝１．４）を定める。
【０１４７】
また、時間経過（硬化反応率増加）による硬化反応減速と整合するよう、反応パラメータｎ（例えば、ｎ＝３．２）を定める。
【０１４８】
図２６の（ａ）〜図２６の（ｅ）は、一定温度でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化の一例を示すグラフであり、図２６の（ａ）は一定温度６０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｂ）は一定温度７０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｃ）は一定温度８０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｄ）は一定温度９０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示し、図２６の（ｅ）は一定温度１００℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果得られる硬化反応速度および硬化反応率の時間変化を示している。
【０１４９】
図２６の（ａ）に示される一定温度６０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果、一定温度６０℃のＫ１およびＫ２における値は、Ｋ１＝２．６３×１０−５、Ｋ２＝０．００３となる。
【０１５０】
また、図２６の（ｂ）に示される一定温度７０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果、一定温度７０℃におけるＫ１およびＫ２の値は、Ｋ１＝０．０００１２、Ｋ２＝０．００５７９となる。
【０１５１】
また、図２６の（ｃ）に示される一定温度８０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果、一定温度８０℃におけるＫ１およびＫ２の値は、Ｋ１＝０．０００１６４、Ｋ２＝０．０１８９となる。
【０１５２】
また、図２６の（ｄ）に示される一定温度９０℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果、一定温度９０℃におけるＫ１およびＫ２の値は、Ｋ１＝０．０００６、Ｋ２＝０．０５０１となる。
【０１５３】
また、図２６の（ｅ）に示される一定温度１００℃でサンプルを等温ＤＳＣ測定した結果、一定温度１００℃におけるＫ１およびＫ２の値は、Ｋ１＝０．００２、Ｋ２＝０．１５４となる。
【０１５４】
〔２〕アレニウスプロットによる反応パラメータの決定
次に、異なる温度（６０℃〜１００℃）でのＫ１、Ｋ２の値をアレニウスプロットする。
【０１５５】
図２７は、アレニウスプロットの一例を示すグラフである。図２７に示されるアレニウスプロットにより、Ａ１＝１．１５×１０１２／ｓ、Ｔ１＝１２７５０Ｋ、Ａ２＝３．９８×１０１３／ｓ、Ｔ２＝１２４４０Ｋ、（Ｑ＝４１０Ｊ／ｇ、ｍ＝１．４、ｎ＝３．２）と決定することができる。
【０１５６】
図２８の（ａ）〜図２８の（ｃ）は、一定昇温速度における硬化反応速度および硬化反応率の変化の一例を示すグラフであり、図２８の（ａ）は昇温速度１０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示し、図２８の（ｂ）は昇温速度２０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示し、図２８の（ｃ）は昇温速度４０Ｋ／分におけるサンプルの硬化反応速度および硬化反応率の変化を示している。
【０１５７】
図２８の（ａ）〜図２８の（ｃ）に示されるように、いずれの昇温速度においても、等温ＤＳＣ測定結果と概ね一致していることが分かる。これにより、等温ＤＳＣ測定によって求めた各反応パラメータの値が妥当であることが認められた。
【０１５８】
このように、パラメータＫ１およびＫ２のアレニウスプロットから反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２およびＴ２を決定することにより、一度に決定するパラメータの数が減少するため、容易に反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎを決めることができる。
【０１５９】
なお、等価熱回路の構成については、実施形態１と同一であるため、ここでは、説明は省略する。
【０１６０】
〔３〕熱応答シミュレーション
図２９は、初期温度制御シーケンスを定義する表であり、図３０は、図２９に示される初期温度制御シーケンスに対応する、温度制御部４の温度変化プロファイルを示す模式図である。なお、図２９に示される初期温度制御シーケンスは、図７で示される初期温度制御シーケンスと同一である。
【０１６１】
予測手段３１は、上記のようにして決定した反応パラメータ、等価熱回路および初期温度制御シーケンスを用いて、熱応答シミュレーションにより、熱硬化性材料Ｈの硬化反応率χ、硬化反応速度ｄχ／ｄｔ、および絶対温度Ｔの時間推移を算出する。
【０１６２】
図３１は、予測手段３１による熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。図３１に示されるように、初期温度制御シーケンスを実行した場合、１３０秒前後に熱硬化性材料Ｈの硬化反応速度が急激に上昇し、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じる可能性があることを、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果から得ることができる。
【０１６３】
なお、この熱応答シミュレーション結果による熱硬化性材料Ｈの過昇温の最大値は１２７．６Ｋ、硬化反応速度の最大値は７．５７３／ｓ、最終の硬化反応率は０．９８２である。
【０１６４】
〔４〕温度制御シーケンスの修正
修正手段３２は、予測手段３１によって予測された熱硬化性材料Ｈの温度および硬化反応速度の時間推移の熱応答シミュレーション結果に基づいて、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走が抑制されるように、初期温度制御シーケンスを修正する。
【０１６５】
図３２は、修正後の温度制御シーケンスを定義する表である。図３２に示されるように、修正手段３２は、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果において熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じた温度帯における昇温速度が低くなるように、温度制御ステップを細分化し、変速温度を規定することで初期温度シーケンスを修正する。
【０１６６】
図３３は、図３２に示される修正後の温度制御シーケンスに対応する、温度制御部４の温度変化プロファイルを示す模式図であり、図３４は、図３２に示される修正後の温度制御シーケンスを実行した場合の熱応答シミュレーション結果を示すグラフである。
【０１６７】
図３２に示される修正後の温度制御シーケンスに基づいた場合、温度制御部４の温度は、図３３に示される温度変化プロファイルのように推移し、予測手段３１の熱応答シミュレーション結果において熱硬化性材料Ｈの熱暴走が生じた温度帯における昇温速度が低くなっている。本実施形態では、硬化反応率が０．１となる温度１１４．７℃および硬化反応率が０．２となる温度１２４．７℃を含む温度帯１１０℃〜１３０℃での変温速度を１．０Ｋ／ｓから０．２Ｋ／ｓに低減した。
【０１６８】
そのため、図３４に示されるように、修正後の温度制御シーケンスを実行することによって、過加熱による熱硬化性材料Ｈの熱暴走を抑制することができる。なお、修正後の温度制御シーケンスによる熱硬化性材料Ｈの過昇温の最大値は０．０Ｋ、硬化反応速度の最大値は０．０４５／ｓ、最終の硬化反応率は０．９７８である。
【０１６９】
このように、本実施形態によれば、等温ＤＳＣ測定によって反応パラメータを容易に決定しつつ、熱硬化性材料Ｈの成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制する成形装置１を実現することができる。
【０１７０】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施の一形態について、図３５〜図３９に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１７１】
本実施形態では、メリット関数を用いた温度制御シーケンスの自動最適化について説明する。
【０１７２】
〔１〕自動最適化の概要
本実施形態では、修正手段３２は、変数群の各変数を変化させ、メリット関数を最小値（または極小値）とするような各変数の値を求める。すなわち、修正手段３２は、変数群をｘ１，ｘ２，…，ｘｎ、メリット関数ｆ＝ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）として、ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）の最小値を求める。或いは、修正手段３２は、初期値（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）の近くでのｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）の極小値を求めることにより、温度制御シーケンスを修正する。
【０１７３】
なお、ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ）のような多変数関数の極小値を求める方法としては、例えば、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法、最急降下法、共役勾配法、または黄金分割法など公知の方法を用いることができる。
【０１７４】
〔２〕修正手段３２における処理
（１）変数群の構成
まず、修正手段３２は、温度制御シーケンスからステップ番号および項目（目標温度／変温速度／経過時間のいずれか）を選択することにより、変数とするパラメータを特定し、１つ以上の変数により変数群を構成する。
【０１７５】
図３５は、温度制御シーケンスを定義する表の一例であり、図３６は、図３５に示される温度制御シーケンスに基づいて構成された変数群の一例を示す表である。
【０１７６】
修正手段３２は、温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける目標温度、変温速度または経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成する。図３５に示される温度制御シーケンスが与えられたと仮定した場合、図３６に示される変数群は、例えば、３つの変数から構成されており、Ｎｏ．１は、ステップ番号３と目標温度との組み合わせによる変数であり、Ｎｏ．２は、ステップ番号３と変温との組み合わせによる変数であり、Ｎｏ．３は、ステップ番号４と目標温度との組み合わせによる変数である。
【０１７７】
（２）メリット関数の構成
次に、修正手段３２は、オペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成する。メリット関数は、動作順に並べられた１つ以上の連続するオペランドにより構成され、並び順に評価されて、オペランドごとに所定の動作を行い、最後のオペランドによる動作後、その時点での関数値を返す関数である。
【０１７８】
図３７は、オペランド候補の一例を示す表である。図３７では、ｉ番目のオペランドについて、ｖｉを現在の値、ｔｉを目標値、ｗｉを重みとして表している。図３７に示されるように、オペランド候補には、出力オペランド、演算オペランドおよび制御オペランドの種別があり、それぞれに動作（更新条件）が定義される。
【０１７９】
出力オペランドは、熱応答シミュレーションにより計算される出力値であり、演算オペランドは、それ以前に計算した出力または演算オペランドの値を用いた演算であり、制御オペランドは熱応答シミュレーションへの入力とするパラメータである。修正手段３２は、このようなオペランド候補から１つ以上のオペランドを選択し、オペランドごとに必要なパラメータを設定する。
【０１８０】
なお、図３７に示されるオペランド候補は例示であり、これら全てをメリット関数の構成に採用する必要はない。また、オペランド候補に、他の種別（機能）を追加しても良い。
【０１８１】
図３８は、メリット関数を定義する表の一例であり、図３９は、図３８に示されるパラメータを説明するための等価熱回路の一例を示す回路図である。
【０１８２】
図３８に示されるメリット関数の場合、オペランドＮｏ．１（動作名：time）では、ステップ番号５終了時の経過時間を計算してｖ１に代入し、重み０をｗ１に代入する。重みが０であるため、オペランドＮｏ．１ではメリット関数ｆは更新されず、次のオペランドに移行する。なお、オペランドＮｏ．５は、熱暴走による硬化反応の過加速を想定したものである。
【０１８３】
次に、オペランドＮｏ．２（動作名：less than）では、ｖ１が目標値６００より大きい場合、メリット関数ｆに０．０１×（ｖ１−６００）２を加算する。
【０１８４】
次に、オペランドＮｏ．３（動作名：temperature）では、ノード２（図３９を参照）とノード１（図３９を参照）との温度差の最大値を計算しｖ３に代入し、重み０をｗ３に代入する。重みが０であるため、オペランドＮｏ．３ではメリット関数ｆは更新されず、次のオペランドに移行する。なお、オペランドＮｏ．３は、熱暴走による過昇温を想定したものである。
【０１８５】
次に、オペランドＮｏ．４（動作名：less than）では、ｖ３が目標値１０より大きい場合、メリット関数ｆに１×（ｖ３−１０）２を加算する。
【０１８６】
次に、オペランドＮｏ．５（動作名：rate）では、ブロック２（図３９を参照）の反応速度の最大値を計算ｖ５に代入し、重み０をｗ５に代入する。重みが０であるため、オペランドＮｏ．５ではメリット関数ｆは更新されず、次のオペランドに移行する。
【０１８７】
次に、オペランドＮｏ．６（動作名：less than）では、ｖ５が目標値０．１より大きい場合、メリット関数ｆに１００×（ｖ５−０．１）２を加算する。
【０１８８】
次に、オペランドＮｏ．７（動作名：set size）では、ブロック２の厚みＬを０．５に変更する。制御オペランドによる変更は、以降の全てのオペランドにおいて適用される。なお、オペランドＮｏ．７は、熱硬化性材料Ｈの厚み変化に対する安定性を検証するものである。
【０１８９】
このようにして、オペランドごとに規定された動作に基づいて更新されるメリット関数ｆが、最後のオペランドによる動作後に極小に近づくように変数群を変化させる。これにより、更新後のメリット関数を極小に近づける変数群の値を用いて、温度制御シーケンスを修正することができる。
【０１９０】
したがって、本実施形態によれば、修正手段３２は、多種のオペランド候補を自在に組み合わせることにより、柔軟な最適化指標の作成や、熱硬化性材料の特性や外部環境の変動に対しても安定な成形プロセス条件の設定が可能となる。
【０１９１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１９２】
〔ソフトウェアによる実現例〕
最後に、成形装置１の各ブロック、特に、予測手段３１、修正手段３２および温度制御手段４１は、集積回路（ＩＣチップ）上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェア的に実現してもよい。
【０１９３】
後者の場合、成形装置１は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである成形装置１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記成形装置１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１９４】
上記記録媒体としては、一時的でない有形の媒体（non-transitory tangible medium）、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク類、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード類、マスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ類、あるいはＰＬＤ（Programmable logic device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の論理回路類などを用いることができる。
【０１９５】
また、成形装置１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（Virtual Private Network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１無線、ＨＤＲ（High Data Rate）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＤＬＮＡ（Digital Living Network Alliance）、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１９６】
〔まとめ〕
本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置は、上記の課題を解決するために、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定装置であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測手段と、前記予測手段によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正手段とを備え、前記予測手段は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、
【０１９７】
【数１】
0005599536.tif 000022
【０１９８】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
【０１９９】
【数２】
0005599536.tif 000023
【０２００】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱および伝熱を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された反応パラメータと、前記等価熱回路数式化手段により数式化された等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション手段とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする。
【０２０１】
上記の構成では、予測手段は、熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する計算式と、熱硬化性材料の発熱量を算出する計算式と、熱硬化性材料と伝熱部とにおける発熱および伝熱を等価的に表現する等価熱回路と、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスとを用いて、対象物の成形過程における熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を事前に予測する。そして、予測手段によって予測された熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、修正手段は、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する。そのため、修正後の温度制御シーケンスに基づいて、温度制御部の温度制御を開始することが可能となる。
【０２０２】
したがって、上記の構成によれば、熱硬化性材料の成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制することが可能な温度制御シーケンス決定装置を実現することができる。
【０２０３】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記パラメータ決定手段は、前記熱硬化性材料に対する、１組の一定昇温速度条件による示差走査熱量測定の測定結果から、前記総発熱密度Ｑを決定し、前記熱硬化性材料に対する、２組以上の一定温度条件による示差走査熱量測定の測定結果を、各々の前記一定温度について前記硬化反応速度および前記発熱量の計算式でフィッティングすることにより、前記反応パラメータｍ、ｎおよび、それぞれの前記一定温度についての下記の計算式
【０２０４】
【数３】
0005599536.tif 000024
【０２０５】
によるパラメータＫ１およびＫ２の値を決定し、前記パラメータＫ１およびＫ２のアレニウスプロットから前記反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２およびＴ２を決定することが好ましい。
【０２０６】
上記の構成によれば、一度に決定するパラメータの数が減少するため、容易に反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎを決めることができる。
【０２０７】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記熱硬化性材料の温度と前記温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２０８】
上記の構成では、修正手段は、熱硬化性材料の温度と温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように温度制御シーケンスを修正するため、熱硬化性材料の急激な硬化反応速度の上昇を抑え、熱暴走を抑制することができる。
【０２０９】
したがって、上記の構成によれば、成形体へのダメージおよび残留応力を低減することができる。
【０２１０】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度が、各時点において０．１／秒以下となるように、前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２１１】
上記の構成では、修正手段は、熱硬化性材料の硬化反応速度が各時点において０．１／秒以下となるように温度制御シーケンスを修正するため、熱硬化性材料の熱暴走を効果的に抑制することができる。
【０２１２】
したがって、上記の構成によれば、成形体への成形ムラおよびヒケの発生を低減することができる。
【０２１３】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記温度制御シーケンスの完了時点における前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２１４】
上記の構成では、修正手段は、温度制御シーケンスの完了時点における熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように温度制御シーケンスを修正するため、成形プロセス完了時における熱硬化性材料の硬化反応率を高めることができる。
【０２１５】
したがって、上記の構成によれば、熱硬化性材料の未硬化成分が残ることによる成形ムラや伝熱部への熱硬化性材料の残留（離型不良）を回避することができる。
【０２１６】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記温度制御部は、自身を加熱または冷却する加熱冷却部と、前記伝熱部および前記加熱冷却部の少なくとも一方の温度を検出する検出部をさらに備え、前記検出部によって検出される前記伝熱部または前記加熱冷却部の温度を検出温度として、前記検出温度を誘導温度に誘導するために前記加熱冷却部の出力を制御し、修正前の前記温度制御シーケンスは、連続する温度制御ステップから構成されており、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記誘導温度の時間変化プログラムと、前記温度制御ステップを完了する条件とが与えられていることが好ましい。
【０２１７】
上記の構成では、修正手段から出力された修正後の温度制御シーケンスと、検出部によって検出される検出温度とに基づいて、加熱冷却部の温度をフィードバック制御することができる。
【０２１８】
したがって、上記の構成によれば、外乱に対して安定な温度制御を行うことができる。
【０２１９】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記温度制御ステップごとの目標温度と、選択的に、前記誘導温度を変化させる変温速度とが与えられており、前記変温速度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を前記変温速度により連続的に変化させ、前記変温速度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を階段状に変化させ、さらに、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、該温度制御ステップの経過時間と、選択的に、トリガ温度とが与えられており、前記トリガ温度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記検出温度が前記トリガ温度に到達してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了し、前記トリガ温度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記温度制御ステップを開始してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了することが好ましい。
【０２２０】
上記の構成によれば、熱硬化性材料の特性に応じた適切なプロファイルの誘導温度を温度制御部に与えることが可能となるため、熱暴走を抑制しつつ成形プロセス時間を短縮することができる。
【０２２１】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２２２】
ここで、熱暴走を防ぐには昇温速度（変温速度）を低下させればよいが、成形プロセスの最初から最後までゆっくり昇温させたのでは成形プロセスに長時間を要する。そのため、熱暴走を防ぐために必要最小限の時間帯に細分化して、細分化した時間帯において昇温速度を低減させる（または温度を低下）させることにより、成形プロセスに長時間を要することなく、熱暴走を防ぐことができる。
【０２２３】
上記の構成によれば、修正手段は、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより温度制御シーケンスを修正する。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０２２４】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２２５】
上記の構成によれば、修正手段は、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより温度制御シーケンスを修正する。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０２２６】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記変温速度が与えられていない場合は、前記加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、前記変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２２７】
上記の構成によれば、修正手段は、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、変温速度が与えられていない場合は、加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより温度制御シーケンスを修正する。その結果、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料の昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料の熱暴走を容易に抑制することができる。
【０２２８】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記目標温度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２２９】
上記の構成によれば、修正手段は、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、目標温度を低減することにより温度制御シーケンスを修正する。その結果、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料の昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料の熱暴走を容易に抑制することができる。
【０２３０】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、１つ以上の前記温度制御ステップについて、前記目標温度と異なる前記トリガ温度を与えることにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２３１】
上記の構成によれば、修正手段は、目標温度と異なるトリガ温度を与えることにより温度制御シーケンスを修正するため、収束のために昇温・降温速度が低下する前に次の温度制御ステップに移行し、成形プロセス時間を短縮することができる。
【０２３２】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定装置では、前記修正手段は、前記温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける前記目標温度、前記変温速度または前記経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成し、前記オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいて前記メリット関数を更新し、更新後の前記メリット関数が極小に近づくように前記変数群の値を変化させることにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２３３】
上記の構成では、修正手段は、温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける目標温度、変温速度または経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成する。そして、修正手段は、オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいてメリット関数を更新し、更新後のメリット関数が極小に近づくように変数群の値を変化させる。これにより、更新後のメリット関数を極小に近づける変数群の値を用いて、温度制御シーケンスを修正することができる。
【０２３４】
したがって、上記の構成によれば、修正手段は、多種のオペランド候補を自在に組み合わせることにより、柔軟な最適化指標の作成や、熱硬化性材料の特性や外部環境の変動に対しても安定な成形プロセス条件の設定が可能となる。また、上記の構成によれば、コンピュータによる温度制御シーケンスの自動最適化が可能となる。
【０２３５】
また、本発明の一態様に係る成形装置は、上記の課題を解決するために、前記温度制御シーケンス決定装置を備えることを特徴とする。
【０２３６】
上記の構成によれば、熱硬化性材料の成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制することが可能な成形装置を実現することができる。
【０２３７】
なお、上記温度制御シーケンス決定装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより制御装置をコンピュータにて実現させるプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【０２３８】
本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法は、上記の課題を解決するために、熱硬化性材料から形成される対象物との間で熱交換を行う伝熱部と、自身または前記伝熱部の温度を制御する温度制御部と、を備える成形装置に適用され、前記温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する温度制御シーケンス決定方法であって、前記対象物の成形過程における前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測する予測工程と、前記予測工程によって予測された前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、前記温度制御シーケンスを、修正する修正工程とを含み、前記予測工程は、前記熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する下記の計算式と、
【０２３９】
【数４】
0005599536.tif 000025
【０２４０】
ｄχ／ｄｔ：前記熱硬化性材料の硬化反応速度
χ：前記熱硬化性材料の硬化反応率
ｔ：時間
Ｔ：前記熱硬化性材料の絶対温度
Ａ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎ：前記熱硬化性材料に固有の反応パラメータ
前記熱硬化性材料の発熱量を算出する下記の計算式とを用いて反応パラメータを決定するパラメータ決定工程と、
【０２４１】
【数５】
0005599536.tif 000026
【０２４２】
ｑ：前記熱硬化性材料の発熱量
Ｑ：前記熱硬化性材料に固有の総発熱密度
Ｍ：前記熱硬化性材料の質量
前記熱硬化性材料と前記伝熱部と前記温度制御部とにおける発熱量および伝熱量を、温度源、熱流源、熱抵抗および熱容量から選択される組み合わせにより等価的に表現する等価熱回路を数式化する等価熱回路数式化工程と、
前記パラメータ決定工程にて決定した反応パラメータと、前記等価熱回路数式化工程にて数式化した等価熱回路の数式と、修正前の前記温度制御シーケンスと、に基づいて、熱応答シミュレーションを実行する熱応答シミュレーション工程とを含み、
前記熱応答シミュレーションによって、前記温度制御シーケンスにより前記温度制御部の動作を指定する場合の前記熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を予測することを特徴とする。
【０２４３】
上記の方法では、予測工程において、熱硬化性材料の硬化反応速度を算出する計算式と、熱硬化性材料の発熱量を算出する計算式と、熱硬化性材料と伝熱部と温度制御部とにおける発熱および伝熱を等価的に表現する等価熱回路と、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスとを用いて、対象物の成形過程における熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移を事前に予測する。そして、予測工程において予測された熱硬化性材料の温度および硬化反応速度の時間推移に基づいて、修正工程において、温度制御部の動作を指定する温度制御シーケンスを修正する。そのため、修正後の温度制御シーケンスに基づいて、温度制御部の温度制御を開始することが可能となる。
【０２４４】
したがって、上記の方法によれば、熱硬化性材料の成形プロセスにおける熱暴走を抑制し、成形体の物性ムラ、歪み、残留応力および強度低下などを抑制することが可能な温度制御シーケンス決定方法を実現することができる。
【０２４５】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記パラメータ決定工程において、前記熱硬化性材料に対する、１組の一定昇温速度条件による示差走査熱量測定の測定結果から、前記総発熱密度Ｑを決定し、前記熱硬化性材料に対する、２組以上の一定温度条件による示差走査熱量測定の測定結果を、各々の前記一定温度について前記硬化反応速度および前記発熱量の計算式でフィッティングすることにより、前記反応パラメータｍ、ｎおよび、それぞれの前記一定温度についての下記の計算式
【０２４６】
【数６】
0005599536.tif 000027
【０２４７】
によるパラメータＫ１およびＫ２の値を決定し、前記パラメータＫ１およびＫ２のアレニウスプロットから前記反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２およびＴ２を決定することが好ましい。
【０２４８】
上記の方法によれば、一度に決定するパラメータの数が減少するため、容易に反応パラメータＡ１、Ｔ１、Ａ２、Ｔ２、ｍ、ｎを決めることができる。
【０２４９】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記熱硬化性材料の温度と前記温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２５０】
上記の方法では、修正工程において、熱硬化性材料の温度と温度制御部の温度との差が、各時点において１０℃以下となるように温度制御シーケンスを修正するため、熱硬化性材料の急激な硬化反応速度の上昇を抑え、熱暴走を抑制することができる。
【０２５１】
したがって、上記の方法によれば、成形体へのダメージおよび残留応力を低減することができる。
【０２５２】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記熱硬化性材料の硬化反応速度が、各時点において０．１／秒以下となるように、前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２５３】
上記の方法では、修正工程において、熱硬化性材料の硬化反応速度が各時点において０．１／秒以下となるように温度制御シーケンスを修正するため、熱硬化性材料の熱暴走を効果的に抑制することができる。
【０２５４】
したがって、上記の方法によれば、成形体への成形ムラおよびヒケの発生を低減することができる。
【０２５５】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記温度制御シーケンスの完了時点における前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２５６】
上記の方法では、修正工程において、温度制御シーケンスの完了時点における熱硬化性材料の硬化反応率が、０．８以上となるように温度制御シーケンスを修正するため、成形プロセス完了時における熱硬化性材料の硬化反応率を高めることができる。
【０２５７】
したがって、上記の方法によれば、熱硬化性材料の未硬化成分が残ることによる成形ムラや伝熱部への熱硬化性材料の残留（離型不良）を回避することができる。
【０２５８】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記温度制御部は、自身を加熱または冷却する加熱冷却部と、前記伝熱部および前記加熱冷却部の少なくとも一方の温度を検出する検出部をさらに備え、前記検出部によって検出される前記伝熱部または前記加熱冷却部の温度を検出温度として、前記検出温度を誘導温度に誘導するために前記加熱冷却部の出力を制御し、修正前の前記温度制御シーケンスは、連続する温度制御ステップから構成されており、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記誘導温度の時間変化プログラムと、前記温度制御ステップを完了する条件とが与えられていることが好ましい。
【０２５９】
上記の方法では、修正後の温度制御シーケンスと、検出部によって検出される検出温度とに基づいて、加熱冷却部の温度をフィードバック制御することができる。
【０２６０】
したがって、上記の方法によれば、外乱に対して安定な温度制御を行うことができる。
【０２６１】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、前記温度制御ステップごとの目標温度と、選択的に、前記誘導温度を変化させる変温速度とが与えられており、前記変温速度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を前記変温速度により連続的に変化させ、前記変温速度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、該温度制御ステップの開始とともに、前記目標温度に向けて、前記誘導温度を階段状に変化させ、さらに、前記温度制御ステップのそれぞれに対して、該温度制御ステップの経過時間と、選択的に、トリガ温度とが与えられており、前記トリガ温度が与えられている前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記検出温度が前記トリガ温度に到達してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了し、前記トリガ温度が与えられていない前記温度制御ステップにおいては、前記温度制御部は、前記温度制御ステップを開始してから前記経過時間の後、該温度制御ステップを完了することが好ましい。
【０２６２】
上記の方法によれば、熱硬化性材料の特性に応じた適切なプロファイルの誘導温度を温度制御部に与えることが可能となるため、熱暴走を抑制しつつ成形プロセス時間を短縮することができる。
【０２６３】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２６４】
上述のとおり、必要最小限の部分（時間）をステップに分割して、昇温速度を低減させる（または温度を低下）させることにより、成形プロセスに長時間を要することなく、熱暴走を防ぐことができる。
【０２６５】
上記の方法によれば、修正工程において、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点以前の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより温度制御シーケンスを修正する。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０２６６】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記熱硬化性材料の硬化反応率が、０．０５以上０．２以下の或る値をとる時点での前記熱硬化性材料の温度をゲル化温度とし、前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２６７】
上記の方法によれば、修正工程において、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップを、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点以後の時点で、２つの温度制御ステップに分割することにより温度制御シーケンスを修正する。このように温度制御ステップを分割して、反応速度式の特性上、最も加速度的に硬化反応が進むゲル化温度を含む温度制御ステップを短縮することにより、低昇温速度となる時間を短くすることが可能となる。
【０２６８】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記変温速度が与えられていない場合は、前記加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、前記変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２６９】
上記の方法によれば、修正工程において、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、変温速度が与えられていない場合は、加熱冷却部の加熱能力による限界値より低い値を与え、変温速度が与えられている場合は、該変温速度を低減することにより温度制御シーケンスを修正する。その結果、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料の昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料の熱暴走を容易に抑制することができる。
【０２７０】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御ステップのうち、前記温度制御部の温度が前記ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、前記目標温度を低減することにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２７１】
上記の方法によれば、修正工程において、温度制御ステップのうち、温度制御部の温度がゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップについて、目標温度を低減することにより温度制御シーケンスを修正する。その結果、ゲル化温度となる時点を含む温度制御ステップにおける熱硬化性材料の昇温速度を低くすることが可能となるので、熱硬化性材料の熱暴走を容易に抑制することができる。
【０２７２】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、１つ以上の前記温度制御ステップについて、前記目標温度と異なる前記トリガ温度を与えることにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２７３】
上記の方法によれば、修正工程において、目標温度と異なるトリガ温度を与えることにより温度制御シーケンスを修正するため、収束のために昇温・降温速度が低下する前に次の温度制御ステップに移行し、成形プロセス時間を短縮することができる。
【０２７４】
また、本発明の一態様に係る温度制御シーケンス決定方法では、前記修正工程において、前記温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける前記目標温度、前記変温速度または前記経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成し、前記オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいて前記メリット関数を更新し、更新後の前記メリット関数が極小に近づくように前記変数群の値を変化させることにより前記温度制御シーケンスを修正することが好ましい。
【０２７５】
上記の方法では、修正工程において、温度制御ステップのステップ番号と、該温度制御ステップにおける目標温度、変温速度または経過時間とが特定された１つ以上の変数により変数群を構成し、複数のオペランド候補の中から選択されたオペランドが動作順に順位付けられたメリット関数を構成する。そして、オペランドごとに規定されたメリット関数を更新するための更新条件に基づいてメリット関数を更新し、更新後のメリット関数が極小に近づくように変数群の値を変化させる。これにより、更新後のメリット関数が極小に近づける変数群の値を用いて、温度制御シーケンスを修正することができる。
【０２７６】
したがって、上記の方法によれば、ユーザーは多種のオペランド候補を自在に組み合わせることにより、柔軟な最適化指標の作成や、熱硬化性材料の特性や外部環境の変動に対しても安定な成形プロセス条件の設定が可能となる。また、上記の方法によれば、コンピュータによる温度制御シーケンスの自動最適化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０２７７】
本発明は、熱硬化性材料から形成される対象物の温度を制御することによって成形する成形装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０２７８】
１    成形装置
１ａ  成形装置
３    温度制御シーケンス決定部（温度制御シーケンス決定装置）
４    温度制御部
５    伝熱部
３１  予測手段
３２  修正手段
４１  温度制御手段
４２  加熱冷却部
４３  温度検出部（検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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